Ontwerp van nieuwe sensoroplossingen op basis van gekoppelde MEMS-resonatoren

In MEMS-sensoren is de natuurlijke frequentie van de structuur ontworpen om gevoelig te zijn voor de hoeveelheid interesse; het wordt bewaakt door de resonator in een oscillatorlus te plaatsen en de oscillatiefrequentie te vergelijken met die van een referentieoscillator. Als de referentieoscillator dezelfde gevoeligheid heeft voor omgevingsverschuivingen als die gebruikt voor het waarnemen, kan een differentiële meting van de hoeveelheid interesse worden verkregen. Om temperatuurgradiënten en de resulterende meetfouten te voorkomen, moeten de twee oscillatoren zo dicht mogelijk bij elkaar worden geplaatst. Parasitaire koppelingen (elektrisch, mechanisch, elektrostatisch ...) tussen de oscillatoren zijn onvermijdelijk en resulteren in ongewenste signaalinjectie en frequenties trekken of vergrendelen. Als alternatief kan men proberen voordeel te trekken uit bestaande koppelingen, of zelfs afdwingen, en voordeel halen uit de parametrische gevoeligheid van gekoppelde resonatoren om differentiële sensoren te implementeren, met twee of meer resonatoren in dichte nabijheid. Er bestaan verschillende benaderingen voor het koppelen van MEMS-resonatoren: de koppeling kan passief zijn (bijvoorbeeld elektrostatisch of mechanisch) of actief (afgedwongen door een lineaire of niet-lineaire actuatie). De resonatoren kunnen worden gebruikt in een open of gesloten lus, bij grote of kleine oscillatie-amplituden. Verschillende outputmetrics kunnen ook worden gebruikt om de informatie die men wil meten, met verschillende gevoeligheden en verschillende vereisten op de interface-elektronica over te brengen. Tot op de dag van vandaag zijn deze vele mogelijkheden echter slechts oppervlakkig onderzocht, van geval tot geval, vanwege het ontbreken van een uitgebreid analysekader. Het doel van dit proefschrift is om een dergelijk raamwerk vast te stellen, het te gebruiken om de ontwerpruimte van gekoppelde MEMS-sensoren in kaart te brengen en innovatieve oplossingen voor te stellen, te fabriceren en te testen die gebruik maken van de overtollige informatie die beschikbaar is in de verschillende waarnemingsmodi van gekoppelde architecturen.